1. Кубический образец; b) кубический образец без трения;

с) призматический образец

Влияние торцов на деформирование образца уменьшается по мере удаления от них – бетонный кубик при разрушении получает форму двух усеченных пирамид, обращенных друг к другу вершинами (рис. 13, а).

При снижении сил трения на торцах бетонного образца характер разрушения изменяется, трещины становятся вертикально направленными (рис. 13, b), а сопротивление кубика сжатию значительно снижаются.

По этой причине образцы призматической формы (рис.13, с) показывают меньшую прочность, чем кубические образцы при одинаковом размере поперечного сечения. С увеличением отношения прочность призматического образца уменьшается, но при становится постоянной.

Таким образом, в зависимости от влияния сил трения, разрушение происходит вследствие образования продольных трещин или по наклонным плоскостям от среза (сдвига).

На результаты испытаний бетона значительное влияние оказывает скорость нагружения образца. При быстром нагружении показатели прочности бетона могут возрасти до 10%.

Для практического использования удобно связать прочность кубического образца (150х150х150 мм) с прочностью призматического образца (для призм )

(3.1)

Призматическую прочность используют при расчете на изгиб и сжатие бетонных и железобетонных конструкций (балок, колонн, арок и т.п.).

Прочность бетона при осевом растяжении в 10-20 раз ниже, чем при сжатии.

Предел прочности бетона при растяжении связан с кубиковой прочностью эмпирической зависимостью:

. (3.2)

3.1.2. Деформация бетона под нагрузкой

При однократном нагружении бетонных образцов сжимающими нагрузками диаграмма напряжения – деформации ( ) имеет криволинейный характер (рис. 14). В бетоне одновременно с упругими деформациями развиваются и неупругие деформации, обусловленные ползучестью, т.е. способностью образца деформироваться во времени при неизменной нагрузке.

Рис.14. Диаграмма испытаний бетонных образцов

При очень быстром (мгновенном) нагружении бетонного образца деформации, возникающие в нем, пропорциональны прикладываемым нагрузкам, т.е. выполняется закон Гука. Отражением такого характера деформирования бетонного образца является прямая, проведенная из начала координат по касательной к действительной диаграмме , а тангенс угла наклона этой касательной к оси абсцисс называется модулем упругости бетона

(3.3)

, (3.4)

где – угол, характеризующий упругие деформации в бетоне;

– напряжения в бетонном образце;

– упругая составляющая деформаций образца.

Если образец нагружать ступенчато, то диаграмма примет также ступенчатый вид. Наклонные линии будут отражать упругие деформации, а горизонтальные площадки – неупругие деформации, вызванные ползучестью бетона.

Тогда в любой момент нагружения общие деформации будут определяться суммой упругих и пластических деформаций

, (3.5)

где – общая деформация бетонного образца;

– пластическая составляющая общих деформаций.

С уменьшением скорости нагружения бетонного образца кривые деформаций все больше отклоняются от прямой линии упругих деформаций, как это видно на диаграмме (рис. 14, b).

Особо следует подчеркнуть, что в процессе разгрузки ещё не разрушившегося образца зависимость будет иметь практически прямолинейный характер. На диаграмме это будет отражаться прямой параллельной линии упругих деформаций (α₀), при этом в образце возникнут остаточные деформации .

Развитие полных деформаций будет характеризоваться модулем упругопластичности или модулем деформации бетона

, (3.6)

где – угол наклона секущей кривой полных деформаций (рис. 14).

С целью разделения свойств бетона вводятся коэффициенты упругости и пластичности бетона.

Коэффициент упругости бетона

. (3.7)

Практические значения коэффициента упругости изменяются в следующих пределах . Предельным граничным значениям соответствуют идеальная упругость и идеальная пластичность .

Коэффициент пластичности бетона

. (3.8)

С увеличением и продолжительности действия нагрузки на бетонный образец коэффициент упругости уменьшается.

Очевидна связь между коэффициентами упругости и пластичности бетона

, (3.9)

Модуль упругопластичности бетона выражается через коэффициенты упругости и пластичности

. (3.10)

При растяжении диаграмма деформирования бетона также как и при сжатии криволинейная.

Модули упругости бетона принимаются одинаковыми при сжатии и растяжении.

Соответственно модуль упругопластичности бетона при растяжении будет выражаться через коэффициенты упругости и пластичности

(3.11)

где – индекс обозначающий испытание бетонного образца при растяжении;

– коэффициент пластичности бетона при растяжении.

Величина модуля упругости с увеличением прочности бетона возрастает. Для обычного бетона средняя величина ≈ 27000 – 39000 МПа, т.е. в 5-8 раз меньше модуля упругости стали.

Коэффициент Пуассона с увеличением напряжений возрастает, его первоначальное значение .

Модуль сдвига бетона зависит от его модуля упругости и коэффициента Пуассона

. (3.12)